基于焦谷氨酸肽酶1的近红外荧光探针的构筑及其用于活体炎症响应因子判定的研究

Fluorescent probes have high sensitivity, selectivity and temporal-spatial resolution, and great potential application values in the fields of biochemical analysis, early diagnosis of diseases and environment detections. This project aims at construction and preparation of two pyroglutamate aminopeptidase 1 (PGP-1) near-infrared fluorescent probes, which consist of L-pyroglutamic acid as recognition units and cyanine dyes as fluorophores, respectively. The optical response performance of probes will be investigated and improved by fluorescence spectrometer and in vivo imaging system, respectively. The variation trend of PGP-1 in vivo during several inflammatory process (such as acute liver injury, arthritis) will be studied by in vivo imaging system, and it will be clear that PGP-1 can be a inflammatory response factor in vivo. The signal channel of PGP-1 in inflammatory process in vivo will be investigated by gene silencing method, and the mechanism of PGP-1 as a inflammatory response factor will be revealed. The relationships between PGP-1 and other inflammatory-related matters such as reactive oxygen species, tumor necrosis factor will be studied, and the universality of PGP-1 as a inflammatory response factor will be clarified. This project will provide theory evidences or lessons for the investigation of inflammatory response factor .

荧光探针具有高灵敏度、高选择性和高时空分辨率等优点，在生化分析、疾病早期诊断、环境检测等方面具有重要的潜在应用价值。本项目将以L-焦谷氨酸为识别单元，菁类染料作为荧光团，构建和制备两种近红外荧光探针，用于焦谷氨酸肽酶1（PGP-1）的体外和活体检测。利用荧光光谱仪和小动物成像仪研究探针的光学响应性能；利用小动物成像仪研究活体内PGP-1在常见炎症（如急性肝损伤、关节炎）发生过程中的变化趋势，明确其可作为活体内炎症响应因子；利用基因沉默方法研究PGP-1在活体内炎症过程中的信号通路，揭示其作为炎症响应因子的作用机理；研究活体内PGP-1与其他炎症相关物质如活性氧类、肿瘤细胞坏死因子等的可能关系，揭示其作为炎症响应因子的普适性。本项目的实施将为炎症响应因子的研究提供理论依据与借鉴。

近红外荧光探针由于其独特的优势使得其在活体成像方面极具应用潜质，但利用探针检测或判定新型炎症因子的工作还较为鲜见。本项目构建了一种近红外荧光探针用于焦谷氨酸肽酶1 (PGP-1) 的检测和成像；并借助瞬时基因沉默技术、免疫印迹法 (Western blot) 等生物方法初步确定了 PGP-1 可作为一种新型的炎症因子。在本项目的执行过程中，主要从以下三方面进行研究：(1) 设计并合成了一种近红外 PGP-1 荧光探针，通过实验条件优化与理论计算，实现了该探针对 PGP-1 的高选择性、高灵敏性检测；(2) 构建了小鼠关节炎和急性肝损伤模型，利用该探针并结合活体成像与 Western blot 方法明确了在两种炎症模型中 PGP-1 的上调表达；(3) 利用瞬时基因沉默技术，明确了低表达 PGP-1 的巨噬细胞在炎症过程中，肿瘤坏死因子-α 亦呈现低表达，初步提出了 PGP-1 可作为一种新型的炎症因子。依托本项目，在 SCI 期刊发表学术论文 2 篇 (其中在国际 Top 期刊 Advanced Science 发表 1 篇)，培养硕士研究生 1 名。本项目突出了荧光探针在探索生物体相关生理活动或疾病中蛋白酶所起作用的重要性，为荧光探针的发展起到了一定的推动作用。